Wabtec's levende erfenis van technische innovatie
De 155 jaar innovatie van Wabtec, een nadere blik op de recente doorbraken die de goederentreindustrie hebben gevormd.
Nu in 2024 het 155-jarig bestaan van Wabtec is, is de verleiding groot om de uitstekende technische genealogie van het bedrijf terug te voeren tot het stichtende driemanschap van George Westinghouse, Thomas Edison en Louis Faiveley.
Westinghouse - het eerste remsysteem in het spoor
Edison - de eerste elektrische locomotief
Faiveley - de eerste pantograaf
Elk van deze technologieën heeft Wabtec in staat gesteld een revolutie teweeg te brengen in de spoorwegindustrie.
Maar Wabtec is geen wereldleider geworden op het gebied van spoorwegtechnologie door stil te staan bij zijn legendarische verleden. Integendeel, het heeft voortgebouwd op die rijke basis van innovatie om de spoorwegprestaties voor zijn klanten voortdurend te verbeteren en te transformeren.
Simpel gezegd, innovatie is niet alleen een 'erfenis' bij Wabtec — het is een levende erfenis, een erfenis die elke dag wordt versterkt door een technisch team van ongeveer 5.000 mensen.
Laten we, met dit onderscheid in het achterhoofd, eens kijken naar Wabtec's recente geschiedenis van baanbrekende innovatie en technische wonderen in de goederentreindustrie.
Uitdaging: de trekkracht van zware treinen verhogen
Innovatie: de AC-locomotief
In de jaren negentig concurreerde Wabtec met EMD op de markt voor vrachtlocomotieven, en grote spoorwegen over de hele wereld werden beperkt door de startcapaciteit en de continue trekkracht van hun DC-locomotieven.
Dat stond op het punt te veranderen.
De ingenieurs van Wabtec, onder leiding van de „vader van de AC-locomotief”, AJ Kumar (die in 2022 het geschatte aantal patenten van George Westinghouse overtrof), kozen voor een „systeemtechnische” benadering om een nieuw soort motor te creëren om de efficiëntie en transportcapaciteiten van de moderne goederenlocomotief te herschrijven. Het AC-tractiesysteem was geboren.
„Onze concurrenten in die tijd, waaronder EMD, waren allemaal gefocust op hetzelfde probleem: het leveren van een locomotief met meer trekkracht voor klanten in de zware sector”, herinnert Alan Hamilton zich, VP Engineering bij Wabtec. „Velen van hen hebben geprobeerd de oplossing uit te besteden, maar we hebben het allemaal in eigen beheer gehouden. We hebben van de gelegenheid gebruik gemaakt om de uitdaging te bekijken door de lens van de hele locomotief, de onderlinge verbinding van de motor, het tractiesysteem en de bedieningselementen, die ervoor zorgen dat een locomotief werkt, om de architectuur van een nieuw soort locomotief te creëren en deze specifiek te optimaliseren voor de behoeften van onze klanten voor zwaar vervoer.”
Deze holistische systeemtechnische benadering heeft wonderen verricht, wat niet alleen resulteerde in een 'werkende' AC-locomotief, maar ook een krachtpatser van het hoogste niveau, gebouwd op geoptimaliseerde componenten, die geavanceerde thermische capaciteiten (motor), adhesiemogelijkheden (wielen) en individuele asregeling (vermogenselektronica) boden om de trekkracht te maximaliseren.
De technische hoogstandjes achter de afzonderlijke componenten zijn talrijk, net als die van de „vitale organen” van de locomotief, maar de echte innovatie is hoe deze onderdelen samenwerkten om een geoptimaliseerd geheel te creëren, een systeem dat de trekkracht plotseling verhoogde tot een continu vermogen van 166.000 pond. — bijna 60% meer dan de vorige gelijkstroomlocomotief. Plotseling konden klanten met een lading waarvoor vijf gelijkstroomlocomotieven nodig waren om te trekken, nu in plaats daarvan drie AC-locomotieven gebruiken, waardoor de regels voor productiviteit, efficiëntie en arbeids- en onderhoudskosten in één klap werden herschreven.
„Eerlijk gezegd hebben wij en de sector nooit achterom gekeken. Wabtec heeft zijn AC-locomotiefarchitectuur vanaf het begin goed ontwikkeld”, merkt Hamilton op. „Dit vormde ook de basis voor ons succesvolle moderniseringsbedrijf voor locomotieven, dat tot op de dag van vandaag bezig is met de ombouw van DC-locomotieven naar het AC-platform.”
De vooruitgang van Wabtec op het gebied van wisselstroom heeft ook invloed gehad op de mijnbouwindustrie, wat uiteindelijk resulteerde in de creatie van de eersteklas Komatsu 930E-truck, die in de jaren 2000 de industriestandaard werd dankzij het toegenomen transport en de lagere totale levenscycluskosten. Het maakt niet uit welke bedrijven aan het delven zijn, Wabtec en zijn klanten hebben met de AC-technologie in de roos geschoten.
Uitdaging: Voldoe aan steeds strengere normen voor broeikasgasemissies
Innovatie: zorg voor verplichte naleving + brandstofbesparing = De motoren uit de Evolution-serie
Vanaf het begin van de jaren 2000 had een opeenvolging van steeds strengere emissienormen voor broeikasgassen (Tier 2 — Tier 4) invloed op het ontwerp van motoren van goederenlocomotieven. Nogmaals, terwijl de concurrenten voor discrete oplossingen kozen om aan de regels te blijven voldoen, paste Wabtec een holistische, systeemtechnische benadering toe.
„Onze concurrenten zagen de oplossing voor de nieuwe emissieregeling als een 'motorprobleem'; ze hebben aan hun bestaande motoren gesleuteld en ze 'ontstemd' om ze aan de voorschriften te laten voldoen”, zegt Hamilton. „Het probleem met die aanpak was dat het resulteerde in een lager brandstofverbruik. De ingenieurs van Wabtec kozen voor een heel andere aanpak. Ze hebben de motor opnieuw ontworpen als een 'energiecentrale' voor de locomotief en manieren gevonden om de uitstoot te verminderen en tegelijkertijd het aantal kilometers per gallon te verhogen — een echte doorbraak.”
Deze innovatie introduceerde de Evolution Series-motor in de spoorwegindustrie. De ingenieurs van Wabtec hebben nieuwe manieren getest om brandstof aan de motor te leveren (en waarde voor de klant), en kwamen uiteindelijk terecht op een common-railsysteem onder hoge druk waarmee de brandstofinjectiedruk onafhankelijk van het motortoerental kon worden geregeld. Fantasierijke en praktische verbeteringen in het algemene motorontwerp zoals deze hebben Wabtec niet alleen geholpen om aan de nalevingsbehoeften van zijn klanten te voldoen, maar ook om gaandeweg waarde toe te voegen in de vorm van hernieuwde brandstofefficiëntie, een belangrijke kostenpost in het spoor.
En net zoals de toegevoegde nalevingsnormen niet ophielden, zo ook de creativiteit van de Wabtec-ingenieurs. Toen de emissienormen van niveau 4 opdoken, die een grotere reductie van fijnstof en NOx vereisten, gingen de meeste locomotieffabrikanten over op een „nabehandeling”, waarbij ze dure en nogal onhandige katalysatoren op basis van ureum introduceerden in hun brandstof- en motormix.
Niet Wabtec. De ingenieurs hebben de mogelijkheden voor nabehandeling onderzocht, maar ze hebben de grenzen verlegd voor hun systeemtechnische aanpak door zich een weg te banen uit de nabehandeling om niet alleen een volledig conforme maar ook een beter geoptimaliseerde oplossing te bieden voor de Noord-Amerikaanse spoorwegen met de Evolution Series Tier 4-locomotief. Voor de ingenieurs van Wabtec was Tier 4-conformiteit een duwtje in de rug, maar prestaties en waardecreatie bleven het doel.
De Tier 4-locomotief uit de Evolution-serie van Wabtec die optimale efficiëntie en grip biedt, is de onbetwiste keuze van de Noord-Amerikaanse spoorwegen om te voldoen aan hun behoeften aan nieuwe trekkracht. Met tot nu toe bijna 1.200 geleverde eenheden wordt Wabtec's geoptimaliseerde systeemtechnische benadering van productontwikkeling nog steeds gevalideerd door de markt.
Uitdaging: Gegevens over het gebruik van locomotieven omzetten in een prestatievoordeel voor de klant
Innovatie: Wabtec-besturingstechnologie
De systeemtechnische aanpak van Wabtec leidde niet alleen tot talloze hardware-innovaties voor locomotieven, maar leidde ook tot een softwarerevolutie die de industrie nog steeds verandert. Dankzij de vooruitgang op het gebied van telemetrie en het vastleggen van gegevens aan boord, en omdat Wabtec letterlijk met zijn klanten op pad ging om hun behoeften beter te begrijpen en „van dichtbij” te zien hoe ze werken, hebben de ingenieurs van Wabtec manieren gevonden om gegevens om te zetten in verbeterde prestaties.
Een van deze software-innovaties is in de eerste plaats Trip Optimizer, een energiebeheer- en slim cruisecontrolsysteem voor treinen dat rekening houdt met terrein, treinsamenstelling, snelheidsbeperkingen en bedrijfsomstandigheden om een optimaal snelheidsprofiel te berekenen. Trip Optimizer, gelanceerd in 2009, heeft onlangs een indrukwekkende mijlpaal bereikt: een miljard kilometer in gebruik, waardoor grote spoorwegen over de hele wereld meer dan 750 miljoen liter diesel hebben bespaard en de uitstoot met wel 10 procent is verminderd.
„Onze vele doorbraken op het gebied van besturingssystemen, van onze beste tractiecontrole (adhesie), motorbrandstof en -timing en hulpregeling van locomotieven met variabel toerental (emissies/efficiëntie), LOCOTROL (gedistribueerd vermogen) en Air Brake Control (remmen) tot Trip Optimizer tonen aan dat onze ingenieurs onze systeemtechnische aanpak naar een hoger niveau tillen”, aldus Hamilton. „Trip Optimizer vereiste bijvoorbeeld een metaforische sprong, waarbij het hele treinnetwerk als een systeem werd beschouwd en de input van dat systeem werd gebruikt om het energieverbruik van een trein te optimaliseren.”
Dit type softwareoptimalisatie, dat de vooruitgang op het gebied van machine learning en voorspellende analyses omvat, is allesbehalve statisch. Tegenwoordig voegen nieuwe locomotieven op batterijen, die vermogen kunnen opslaan dat wordt opgewekt door te remmen, bijvoorbeeld een ander dynamisch element toe aan het energiebeheer, waardoor nieuwe grenzen op het gebied van brandstofefficiëntie worden geopend.
Wabtec bouwt voort op deze innovaties en kijkt naar de toekomst. Door baanbrekende verbeteringen in de huidige signaleringssystemen en oplossingen voor netwerkefficiëntie streeft het bedrijf ernaar de spoorwegcapaciteit te vergroten om meer goederen per trein te vervoeren. Wabtec werkt aan het verminderen van de emissies van bestaande locomotieven door brandstofefficiënte oplossingen en het testen van hernieuwbare diesel en biodiesel. Het leidt ook de ontwikkeling van alternatieve voortstuwingstechnologieën.
Wabtec heeft al 's werelds eerste elektrische locomotief voor zwaar vervoer ontwikkeld, de FlxDrive TM, die volledig op batterijen werkt. Het bedrijf zal later dit jaar de eerste commerciële FLXdrive van 7 megawattuur leveren voor lijnvluchten in de veeleisende Pilbara-regio in West-Australië.
De ingenieurs van Wabtec onderzoeken ook waterstof als brandstof van de toekomst om het spoor koolstofvrij te maken. Het bedrijf voert gezamenlijk onderzoek uit met Oak Ridge National Laboratory en Argonne National Laboratory om baanbrekend werk aan een interne verbrandingsmotor op waterstof te bevorderen. Op een apart onderzoeksspoor voor een waterstoflocomotief van de volgende generatie werkt Wabtec samen met technologiepartners om locomotieven te ontwikkelen die waterstofbrandstofcellen kunnen gebruiken als alternatieve energiebron.
„Als ik terugkijk op de recente geschiedenis van innovatie bij Wabtec — en vooruitkijkend naar de toekomst — denk ik dat onze legendarische oprichters trots zouden zijn”, besluit Hamilton. „We zijn geslaagd waar onze concurrenten dat niet hebben gedaan door GROOT te denken, te dromen en te handelen en door nauw samen te werken met onze klanten. Onze systeemtechnische aanpak heeft ons geholpen om hoger te mikken en meer te bereiken door ervoor te zorgen dat onze innovaties in harmonie samenwerken, net zoals een orkest samen moet spelen om geweldige muziek te maken.”